On IID do not always search with cutNode = true
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   CheckInfo ci(pos);
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   if (rootMoves.empty())
265   {
266       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
267       sync_cout << "info depth 0 score "
268                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
269                 << sync_endl;
270   }
271   else
272   {
273       for (Thread* th : Threads)
274           if (th != this)
275               th->start_searching();
276
277       Thread::search(); // Let's start searching!
278   }
279
280   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
281   // the available ones before exiting.
282   if (Limits.npmsec)
283       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
284
285   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
286   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
287   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
288   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
289   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
290   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
291   {
292       Signals.stopOnPonderhit = true;
293       wait(Signals.stop);
294   }
295
296   // Stop the threads if not already stopped
297   Signals.stop = true;
298
299   // Wait until all threads have finished
300   for (Thread* th : Threads)
301       if (th != this)
302           th->wait_for_search_finished();
303
304   // Check if there are threads with a better score than main thread
305   Thread* bestThread = this;
306   if (   !this->easyMovePlayed
307       &&  Options["MultiPV"] == 1
308       && !Limits.depth
309       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
310       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
311   {
312       for (Thread* th : Threads)
313           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
314               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
315               bestThread = th;
316   }
317
318   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
319
320   // Send new PV when needed
321   if (bestThread != this)
322       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
323
324   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
325
326   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
327       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
328
329   std::cout << sync_endl;
330 }
331
332
333 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
334 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
335 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
336
337 void Thread::search() {
338
339   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
340   Value bestValue, alpha, beta, delta;
341   Move easyMove = MOVE_NONE;
342   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
343
344   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
345
346   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
347   beta = VALUE_INFINITE;
348   completedDepth = DEPTH_ZERO;
349
350   if (mainThread)
351   {
352       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
353       EasyMove.clear();
354       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
355       mainThread->bestMoveChanges = 0;
356       TT.new_search();
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360   Skill skill(Options["Skill Level"]);
361
362   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
363   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
364   if (skill.enabled())
365       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
366
367   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
370   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
371   {
372       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
373       // 2nd ply (using a half-density matrix).
374       if (!mainThread)
375       {
376           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
377           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
378              continue;
379       }
380
381       // Age out PV variability metric
382       if (mainThread)
383           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
384
385       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
386       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
387       for (RootMove& rm : rootMoves)
388           rm.previousScore = rm.score;
389
390       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
391       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
392       {
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               delta = Value(18);
397               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
398               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
403           // high/low anymore.
404           while (true)
405           {
406               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
407
408               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
409               // is done with a stable algorithm because all the values but the
410               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
411               // and we want to keep the same order for all the moves except the
412               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
413               // search the already searched PV lines are preserved.
414               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
415
416               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
417               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
418               // valid, although it refers to the previous iteration.
419               if (Signals.stop)
420                   break;
421
422               // When failing high/low give some update (without cluttering
423               // the UI) before a re-search.
424               if (   mainThread
425                   && multiPV == 1
426                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
427                   && Time.elapsed() > 3000)
428                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
429
430               // In case of failing low/high increase aspiration window and
431               // re-search, otherwise exit the loop.
432               if (bestValue <= alpha)
433               {
434                   beta = (alpha + beta) / 2;
435                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
436
437                   if (mainThread)
438                   {
439                       mainThread->failedLow = true;
440                       Signals.stopOnPonderhit = false;
441                   }
442               }
443               else if (bestValue >= beta)
444               {
445                   alpha = (alpha + beta) / 2;
446                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
447               }
448               else
449                   break;
450
451               delta += delta / 4 + 5;
452
453               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
454           }
455
456           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
457           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
458
459           if (!mainThread)
460               continue;
461
462           if (Signals.stop)
463               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
464                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
465
466           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
467               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
468       }
469
470       if (!Signals.stop)
471           completedDepth = rootDepth;
472
473       if (!mainThread)
474           continue;
475
476       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
477       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
478           skill.pick_best(multiPV);
479
480       // Have we found a "mate in x"?
481       if (   Limits.mate
482           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
483           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
484           Signals.stop = true;
485
486       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
487       if (Limits.use_time_management())
488       {
489           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
490           {
491               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
492               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
493               // from the previous search and just did a fast verification.
494               const int F[] = { mainThread->failedLow,
495                                 bestValue - mainThread->previousScore };
496
497               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
498               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
499
500               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
501                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
502                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
503
504               if (   rootMoves.size() == 1
505                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
506                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
507               {
508                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
509                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
510                   if (Limits.ponder)
511                       Signals.stopOnPonderhit = true;
512                   else
513                       Signals.stop = true;
514               }
515           }
516
517           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
518               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
519           else
520               EasyMove.clear();
521       }
522   }
523
524   if (!mainThread)
525       return;
526
527   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
528   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
529   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
530       EasyMove.clear();
531
532   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
533   if (skill.enabled())
534       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
535                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
536 }
537
538
539 namespace {
540
541   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
542
543   template <NodeType NT>
544   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
545
546     const bool PvNode = NT == PV;
547     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
548
549     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
550     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
551     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
552
553     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
554     StateInfo st;
555     TTEntry* tte;
556     Key posKey;
557     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
558     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
559     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
560     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
561     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
562     Piece moved_piece;
563     int moveCount, quietCount;
564
565     // Step 1. Initialize node
566     Thread* thisThread = pos.this_thread();
567     inCheck = pos.checkers();
568     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
569     bestValue = -VALUE_INFINITE;
570     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
571
572     // Check for the available remaining time
573     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
574     {
575         thisThread->resetCalls = false;
576         thisThread->callsCnt = 0;
577     }
578     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
579     {
580         for (Thread* th : Threads)
581             th->resetCalls = true;
582
583         check_time();
584     }
585
586     // Used to send selDepth info to GUI
587     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
588         thisThread->maxPly = ss->ply;
589
590     if (!rootNode)
591     {
592         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
593         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
594             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
595                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
596
597         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
598         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
599         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
600         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
601         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
602         // mate. In this case return a fail-high score.
603         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
604         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
605         if (alpha >= beta)
606             return alpha;
607     }
608
609     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
610
611     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
612     ss->counterMoves = nullptr;
613     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
614     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
615
616     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
617     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
618     // position key in case of an excluded move.
619     excludedMove = ss->excludedMove;
620     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
621     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
622     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
623     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
624             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
625
626     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
627     if (  !PvNode
628         && ttHit
629         && tte->depth() >= depth
630         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
631         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
632                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
633     {
634         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
635
636         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
637         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
638             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
639
640         return ttValue;
641     }
642
643     // Step 4a. Tablebase probe
644     if (!rootNode && TB::Cardinality)
645     {
646         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
647
648         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
649             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
650             &&  pos.rule50_count() == 0
651             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
652         {
653             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
654
655             if (found)
656             {
657                 TB::Hits++;
658
659                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
660
661                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
662                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
663                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
664
665                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
666                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
667                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
668
669                 return value;
670             }
671         }
672     }
673
674     // Step 5. Evaluate the position statically
675     if (inCheck)
676     {
677         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
678         goto moves_loop;
679     }
680
681     else if (ttHit)
682     {
683         // Never assume anything on values stored in TT
684         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
685             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
686
687         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
688         if (ttValue != VALUE_NONE)
689             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
690                 eval = ttValue;
691     }
692     else
693     {
694         eval = ss->staticEval =
695         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
696                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
697
698         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
699                   ss->staticEval, TT.generation());
700     }
701
702     if (ss->skipEarlyPruning)
703         goto moves_loop;
704
705     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
706     if (   !PvNode
707         &&  depth < 4 * ONE_PLY
708         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
709         &&  ttMove == MOVE_NONE)
710     {
711         if (   depth <= ONE_PLY
712             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
713             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
714
715         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
716         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
717         if (v <= ralpha)
718             return v;
719     }
720
721     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
722     if (   !rootNode
723         &&  depth < 7 * ONE_PLY
724         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
725         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
726         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
727         return eval - futility_margin(depth);
728
729     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
730     if (   !PvNode
731         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
732         &&  eval >= beta
733         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
734     {
735         ss->currentMove = MOVE_NULL;
736         ss->counterMoves = nullptr;
737
738         assert(eval - beta >= 0);
739
740         // Null move dynamic reduction based on depth and value
741         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
742
743         pos.do_null_move(st);
744         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
745         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
746                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
747         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
748         pos.undo_null_move();
749
750         if (nullValue >= beta)
751         {
752             // Do not return unproven mate scores
753             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
754                 nullValue = beta;
755
756             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
757                 return nullValue;
758
759             // Do verification search at high depths
760             ss->skipEarlyPruning = true;
761             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
762                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
763             ss->skipEarlyPruning = false;
764
765             if (v >= beta)
766                 return nullValue;
767         }
768     }
769
770     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
771     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
772     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
773     // safely prune the previous move.
774     if (   !PvNode
775         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
776         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
777     {
778         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
779         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
780
781         assert(rdepth >= ONE_PLY);
782         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
783         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
784
785         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
786         CheckInfo ci(pos);
787
788         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
789             if (pos.legal(move, ci.pinned))
790             {
791                 ss->currentMove = move;
792                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
793                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
794                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
795                 pos.undo_move(move);
796                 if (value >= rbeta)
797                     return value;
798             }
799     }
800
801     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
802     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
803         && !ttMove
804         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
805     {
806         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
807         ss->skipEarlyPruning = true;
808         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
809         ss->skipEarlyPruning = false;
810
811         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
812         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
813     }
814
815 moves_loop: // When in check search starts from here
816
817     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
818     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
819     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
820     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
821
822     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
823     CheckInfo ci(pos);
824     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
825     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
826                || ss->staticEval == VALUE_NONE
827                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
828
829     singularExtensionNode =   !rootNode
830                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
831                            &&  ttMove != MOVE_NONE
832                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
833                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
834                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
835                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
836                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
837
838     // Step 11. Loop through moves
839     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
840     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
841     {
842       assert(is_ok(move));
843
844       if (move == excludedMove)
845           continue;
846
847       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
848       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
849       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
850       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
851                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
852           continue;
853
854       ss->moveCount = ++moveCount;
855
856       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
857           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
858                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
859                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
860
861       if (PvNode)
862           (ss+1)->pv = nullptr;
863
864       extension = DEPTH_ZERO;
865       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
866       moved_piece = pos.moved_piece(move);
867
868       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
869                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
870                   : pos.gives_check(move, ci);
871
872       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
873                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
874
875       // Step 12. Extend checks
876       if (    givesCheck
877           && !moveCountPruning
878           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
879           extension = ONE_PLY;
880
881       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
882       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
883       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
884       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
885       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
886       if (    singularExtensionNode
887           &&  move == ttMove
888           && !extension
889           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
890       {
891           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
892           ss->excludedMove = move;
893           ss->skipEarlyPruning = true;
894           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
895           ss->skipEarlyPruning = false;
896           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
897
898           if (value < rBeta)
899               extension = ONE_PLY;
900       }
901
902       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
903       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
904
905       // Step 13. Pruning at shallow depth
906       if (   !rootNode
907           && !captureOrPromotion
908           && !inCheck
909           && !givesCheck
910           && !pos.advanced_pawn_push(move)
911           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
912       {
913           // Move count based pruning
914           if (moveCountPruning)
915               continue;
916
917           // Countermoves based pruning
918           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
919               && move != ss->killers[0]
920               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
921               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
922               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
923               continue;
924
925           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
926
927           // Futility pruning: parent node
928           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
929               && ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256 <= alpha)
930               continue;
931
932           // Prune moves with negative SEE at low depths
933           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
934               continue;
935       }
936
937       // Speculative prefetch as early as possible
938       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
939
940       // Check for legality just before making the move
941       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
942       {
943           ss->moveCount = --moveCount;
944           continue;
945       }
946
947       ss->currentMove = move;
948       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
949
950       // Step 14. Make the move
951       pos.do_move(move, st, givesCheck);
952
953       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
954       // re-searched at full depth.
955       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
956           &&  moveCount > 1
957           && !captureOrPromotion)
958       {
959           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
960           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
961                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
962                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
963                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
964
965           // Increase reduction for cut nodes
966           if (!PvNode && cutNode)
967               r += 2 * ONE_PLY;
968
969           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
970           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
971           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
972           // because the destination square is empty.
973           else if (   type_of(move) == NORMAL
974                    && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
975                    && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
976               r -= 2 * ONE_PLY;
977
978           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
979           int rHist = (val - 10000) / 20000;
980           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
981
982           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
983
984           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
985
986           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
987       }
988       else
989           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
990
991       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
992       if (doFullDepthSearch)
993           value = newDepth <   ONE_PLY ?
994                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
995                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
996                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
997
998       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
999       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1000       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1001       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1002       {
1003           (ss+1)->pv = pv;
1004           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1005
1006           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1007                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1008                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1009                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1010       }
1011
1012       // Step 17. Undo move
1013       pos.undo_move(move);
1014
1015       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1016
1017       // Step 18. Check for a new best move
1018       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1019       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1020       // updating best move, PV and TT.
1021       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1022           return VALUE_ZERO;
1023
1024       if (rootNode)
1025       {
1026           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1027                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1028
1029           // PV move or new best move ?
1030           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1031           {
1032               rm.score = value;
1033               rm.pv.resize(1);
1034
1035               assert((ss+1)->pv);
1036
1037               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1038                   rm.pv.push_back(*m);
1039
1040               // We record how often the best move has been changed in each
1041               // iteration. This information is used for time management: When
1042               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1043               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1044                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1045           }
1046           else
1047               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1048               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1049               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1050               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1051       }
1052
1053       if (value > bestValue)
1054       {
1055           bestValue = value;
1056
1057           if (value > alpha)
1058           {
1059               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1060               if (    PvNode
1061                   &&  thisThread == Threads.main()
1062                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1063                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1064                   EasyMove.clear();
1065
1066               bestMove = move;
1067
1068               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1069                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1070
1071               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1072                   alpha = value;
1073               else
1074               {
1075                   assert(value >= beta); // Fail high
1076                   break;
1077               }
1078           }
1079       }
1080
1081       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1082           quietsSearched[quietCount++] = move;
1083     }
1084
1085     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1086     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1087     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1088     /*
1089        if (Signals.stop)
1090         return VALUE_DRAW;
1091     */
1092
1093     // Step 20. Check for mate and stalemate
1094     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1095     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1096     // return a fail low score.
1097     if (!moveCount)
1098         bestValue = excludedMove ? alpha
1099                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1100
1101     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1102     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1103         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1104
1105     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1106     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1107              && !bestMove
1108              && !inCheck
1109              && !pos.captured_piece_type()
1110              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1111     {
1112         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1113         if ((ss-2)->counterMoves)
1114             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1115
1116         if ((ss-3)->counterMoves)
1117             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1118
1119         if ((ss-5)->counterMoves)
1120             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1121     }
1122
1123     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1124               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1125               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1126               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1127
1128     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1129
1130     return bestValue;
1131   }
1132
1133
1134   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1135   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1136   // less than ONE_PLY).
1137
1138   template <NodeType NT, bool InCheck>
1139   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1140
1141     const bool PvNode = NT == PV;
1142
1143     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1144     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1145     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1146     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1147
1148     Move pv[MAX_PLY+1];
1149     StateInfo st;
1150     TTEntry* tte;
1151     Key posKey;
1152     Move ttMove, move, bestMove;
1153     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1154     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1155     Depth ttDepth;
1156
1157     if (PvNode)
1158     {
1159         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1160         (ss+1)->pv = pv;
1161         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1162     }
1163
1164     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1165     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1166
1167     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1168     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1169         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1170                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1171
1172     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1173
1174     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1175     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1176     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1177     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1178                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1179
1180     // Transposition table lookup
1181     posKey = pos.key();
1182     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1183     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1184     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1185
1186     if (  !PvNode
1187         && ttHit
1188         && tte->depth() >= ttDepth
1189         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1190         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1191                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1192     {
1193         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1194         return ttValue;
1195     }
1196
1197     // Evaluate the position statically
1198     if (InCheck)
1199     {
1200         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1201         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1202     }
1203     else
1204     {
1205         if (ttHit)
1206         {
1207             // Never assume anything on values stored in TT
1208             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1209                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1210
1211             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1212             if (ttValue != VALUE_NONE)
1213                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1214                     bestValue = ttValue;
1215         }
1216         else
1217             ss->staticEval = bestValue =
1218             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1219                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1220
1221         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1222         if (bestValue >= beta)
1223         {
1224             if (!ttHit)
1225                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1226                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1227
1228             return bestValue;
1229         }
1230
1231         if (PvNode && bestValue > alpha)
1232             alpha = bestValue;
1233
1234         futilityBase = bestValue + 128;
1235     }
1236
1237     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1238     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1239     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1240     // be generated.
1241     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1242     CheckInfo ci(pos);
1243
1244     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1245     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1246     {
1247       assert(is_ok(move));
1248
1249       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1250                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1251                   : pos.gives_check(move, ci);
1252
1253       // Futility pruning
1254       if (   !InCheck
1255           && !givesCheck
1256           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1257           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1258       {
1259           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1260
1261           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1262
1263           if (futilityValue <= alpha)
1264           {
1265               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1266               continue;
1267           }
1268
1269           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1270           {
1271               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1272               continue;
1273           }
1274       }
1275
1276       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1277       evasionPrunable =    InCheck
1278                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1279                        && !pos.capture(move);
1280
1281       // Don't search moves with negative SEE values
1282       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1283           &&  type_of(move) != PROMOTION
1284           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1285           continue;
1286
1287       // Speculative prefetch as early as possible
1288       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1289
1290       // Check for legality just before making the move
1291       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1292           continue;
1293
1294       ss->currentMove = move;
1295
1296       // Make and search the move
1297       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1298       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1299                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1300       pos.undo_move(move);
1301
1302       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1303
1304       // Check for a new best move
1305       if (value > bestValue)
1306       {
1307           bestValue = value;
1308
1309           if (value > alpha)
1310           {
1311               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1312                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1313
1314               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1315               {
1316                   alpha = value;
1317                   bestMove = move;
1318               }
1319               else // Fail high
1320               {
1321                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1322                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1323
1324                   return value;
1325               }
1326           }
1327        }
1328     }
1329
1330     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1331     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1332     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1333         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1334
1335     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1336               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1337               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1338
1339     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1340
1341     return bestValue;
1342   }
1343
1344
1345   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1346   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1347   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1348
1349   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1350
1351     assert(v != VALUE_NONE);
1352
1353     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1354           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1355   }
1356
1357
1358   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1359   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1360   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1361
1362   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1363
1364     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1365           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1366           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1367   }
1368
1369
1370   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1371
1372   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1373
1374     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1375         *pv++ = *childPv++;
1376     *pv = MOVE_NONE;
1377   }
1378
1379
1380   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1381   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1382
1383   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1384                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1385
1386     if (ss->killers[0] != move)
1387     {
1388         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1389         ss->killers[0] = move;
1390     }
1391
1392     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1393
1394     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1395     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1396     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1397     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1398     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1399
1400     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1401
1402     if (cmh)
1403     {
1404         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1405         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1406     }
1407
1408     if (fmh)
1409         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1410
1411     if (fmh2)
1412         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1413
1414     // Decrease all the other played quiet moves
1415     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1416     {
1417         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1418
1419         if (cmh)
1420             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1421
1422         if (fmh)
1423             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1424
1425         if (fmh2)
1426             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1427     }
1428
1429     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1430     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1431     {
1432         if ((ss-2)->counterMoves)
1433             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1434
1435         if ((ss-3)->counterMoves)
1436             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1437
1438         if ((ss-5)->counterMoves)
1439             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1440     }
1441   }
1442
1443
1444   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1445   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1446
1447   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1448
1449     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1450     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1451
1452     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1453     Value topScore = rootMoves[0].score;
1454     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1455     int weakness = 120 - 2 * level;
1456     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1457
1458     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1459     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1460     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1461     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1462     {
1463         // This is our magic formula
1464         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1465                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1466
1467         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1468         {
1469             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1470             best = rootMoves[i].pv[0];
1471         }
1472     }
1473
1474     return best;
1475   }
1476
1477
1478   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1479   // when we are out of available time and thus stop the search.
1480
1481   void check_time() {
1482
1483     static TimePoint lastInfoTime = now();
1484
1485     int elapsed = Time.elapsed();
1486     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1487
1488     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1489     {
1490         lastInfoTime = tick;
1491         dbg_print();
1492     }
1493
1494     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1495     if (Limits.ponder)
1496         return;
1497
1498     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1499         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1500         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1501             Signals.stop = true;
1502   }
1503
1504 } // namespace
1505
1506
1507 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1508 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1509
1510 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1511
1512   std::stringstream ss;
1513   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1514   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1515   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1516   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1517   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1518
1519   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1520   {
1521       bool updated = (i <= PVIdx);
1522
1523       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1524           continue;
1525
1526       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1527       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1528
1529       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1530       v = tb ? TB::Score : v;
1531
1532       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1533           ss << "\n";
1534
1535       ss << "info"
1536          << " depth "    << d / ONE_PLY
1537          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1538          << " multipv "  << i + 1
1539          << " score "    << UCI::value(v);
1540
1541       if (!tb && i == PVIdx)
1542           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1543
1544       ss << " nodes "    << nodes_searched
1545          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1546
1547       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1548           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1549
1550       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1551          << " time "     << elapsed
1552          << " pv";
1553
1554       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1555           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1556   }
1557
1558   return ss.str();
1559 }
1560
1561
1562 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1563 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1564 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1565 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1566
1567 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1568 {
1569     StateInfo st;
1570     bool ttHit;
1571
1572     assert(pv.size() == 1);
1573
1574     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1575     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1576     pos.undo_move(pv[0]);
1577
1578     if (ttHit)
1579     {
1580         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1581         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1582            return pv.push_back(m), true;
1583     }
1584
1585     return false;
1586 }
1587
1588 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1589
1590     Hits = 0;
1591     RootInTB = false;
1592     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1593     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1594     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1595
1596     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1597     if (Cardinality > MaxCardinality)
1598     {
1599         Cardinality = MaxCardinality;
1600         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1601     }
1602
1603     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1604         return;
1605
1606     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1607     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1608     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1609
1610     if (RootInTB)
1611         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1612
1613     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1614     {
1615         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1616         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1617
1618         // Only probe during search if winning
1619         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1620             Cardinality = 0;
1621     }
1622
1623     if (RootInTB)
1624     {
1625         Hits = rootMoves.size();
1626
1627         if (!UseRule50)
1628             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1629                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1630                                                 :  VALUE_DRAW;
1631     }
1632 }